(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素イオン伝導性を有する固体電解質体に一対の電極を設けたセルを有し、特定ガス濃度に応じたセンサ出力を発生するガスセンサの制御装置であって、
前記セルに対して、一定通電時間にわたって単一パルス電圧を印加する電圧印加手段と、
前記単一パルス電圧の印加開始から、前記一定通電時間よりも短い第１時間経過時に、前記セルを介して第１出力値を取得する第１出力値取得手段と、
前記単一パルス電圧の印加開始から、前記一定通電時間よりも短く且つ前記第１時間よりも長い第２時間経過時に、前記セルを介して第２出力値を取得する第２出力値取得手段と、
前記第２出力値と前記第１出力値との差分値に基づき、前記セルの劣化度合を検出する劣化度合検出手段と、
を有することを特徴とするガスセンサの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサの制御装置であって、
前記第２時間は、前記第１時間の２倍よりも長い時間に設定されている
ガスセンサの制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガスセンサの制御装置であって、
前記電圧印加手段は、前回に前記単一パルス電圧を印加してから前記一定通電時間の１０倍以上に設定された待ち時間が経過してから、新たに単一パルス電圧を印加する
ガスセンサの制御装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のガスセンサの制御装置であって、
前記ガスセンサは、内燃機関の排気ガスが流れる通路中に装着されるものであり、
前記センサ出力に基づいて測定対象ガスの空燃比を判定する判定手段を備え、
前記劣化度合検出手段は、前記判定手段にて判定される空燃比が特定空燃比にあるときに、前記劣化度合を検出する
ガスセンサの制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のガスセンサの制御装置であって、
前記判定手段は、前記センサ出力値に基づいて測定対象ガスの空燃比がリッチかリーンかを判定するものであり、
前記劣化度合検出手段は、前記判定手段にて判定される空燃比が前記特定空燃比に設定されたリッチにあるときに、前記劣化度合を検出する
ガスセンサの制御装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載のガスセンサの制御装置であって、
前記ガスセンサは、前記セルを加熱するヒータを備え、
前記セルのインピーダンスが目標値となるように前記ヒータへの通電量を制御するヒータ制御手段と、
前記劣化度合検出手段にて検出される劣化度合に基づき、前記目標値を変更する変更手段と、を有する
ガスセンサの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象ガスの濃度を検出するセルを有するガスセンサに接続され、セルのインピーダンスを取得して該セルの劣化の程度を検出するガスセンサの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関の燃費向上や燃焼制御を行うガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサや空燃比センサが知られている。又、自動車の排気ガス規制の強化に伴い、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）量の低減が要求されており、ＮＯｘ濃度を直接測定できるＮＯｘセンサが開発されている。
これらのガスセンサは、ジルコニア等の酸素イオン伝導性の固体電解質体の表面に一対の電極を形成してなるセルを有し、このセルからの出力に基づいて特定ガスの濃度検出を行っている。
【０００３】
これらのガスセンサとして、固体電解質体の外面に測定対象ガスに晒される測定電極を形成し、該固体電解質体の内面に基準ガスに晒される基準電極を形成した構成をなし、測定対象ガス中の酸素濃度を基準ガス中の酸素濃度との差に基づいて検出する酸素センサが知られている。ここで、固体電解質体は活性化温度以上に温められないと酸素イオン伝導性が発揮されないことから、上記ガスセンサにはヒータが備えられ、このヒータを通電制御してセルを加熱することで、セルを活性化温度以上に安定して保つと共に、セルの早期活性化を図るようにしている。
ここで、セルのインピーダンスはセルの温度に応じて変化するため、このインピーダンスを定期的に検出し、当該インピーダンスが目標インピーダンスになるように、ヒータへの通電量を制御してセルの温度制御を行っている。そして、セルにインピーダンス検出用の信号を入力し、そのときの出力（応答信号）に基づいてインピーダンスを検出している。
ところが、ガスセンサの使用の繰り返しによる経時変化によりセルが劣化し、インピーダンスが徐々に増大するという問題がある。この場合、セルが同じ温度環境下にある場合にも、セルが劣化した場合には新品のセルに比較してセルのインピーダンスが上昇して検知されてしまうため、セルが冷えているとみなしてヒータを過昇温してしまい、ガスセンサの出力特性を変化させてしまったり、ガスセンサの劣化を早めるおそれがある。
【０００４】
このようなことから、セルに複数の周波数の交流電圧を印加して得られる、高周波数側のインピーダンスに基づいてセルの目標温度を調整すると共に、低周波数側のインピーダンスに基づいてセルの特性変化を検出する技術が開示されている（特許文献１参照）。ここで、特許文献１には、セルのインピーダンスのうち、電極界面の抵抗を示す低周波成分がセルの経時劣化により特に増大することが記載されており、この低周波成分を含む交流電圧を新品及び耐久劣化した実際のセルに印加したときのインピーダンスの変化に基づき、劣化度合を検出すると共に、セルの目標温度を調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２５８３８７号公報（図４８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、セル周囲の測定対象ガス自身の温度やセルを取り巻く測定対象ガス中の特定ガス濃度（例えば、排気ガスの空燃比雰囲気）といった測定対象ガスによる外乱が変動すると、セルのインピーダンスの値も変化して当該セルのインピーダンスを正確に測定することが難しくなる。そのため、それに応じてセルの劣化度合の検出精度が低下するおそれがある。特に、固体電解質体を筒型に形成すると共に、固体電解質体の外面に測定電極を設け、固体電解質体の内面に基準電極を設けたガスセンサの場合、測定電極が測定対象ガスに接触するため、測定対象ガスによる外乱を受け易く、上記した問題が顕著になる。
すなわち、本発明は、測定対象ガスによる外乱の影響をキャンセルしてセルの劣化度合を精度よく検出できるガスセンサの制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明のガスセンサの制御装置は、酸素イオン伝導性を有する固体電解質体に一対の電極を設けたセルを有し、特定ガス濃度に応じたセンサ出力を発生するガスセンサの制御装置であって、前記セルに対して、一定通電時間にわたって単一パルス電圧を印加する電圧印加手段と、前記単一パルス電圧の印加開始から、前記一定通電時間よりも短い第１時間経過時に、前記セルを介して第１出力値を取得する第１出力値取得手段と、前記単一パルス電圧の印加開始から、前記一定通電時間よりも短く且つ前記第１時間よりも長い第２時間経過時に、前記セルを介して第２出力値を取得する第２出力値取得手段と、前記第２出力値と前記第１出力値との差分値に基づき、前記セルの劣化度合を検出する劣化度合検出手段と、を有することを特徴とする。
【０００８】
セル周囲の測定対象ガス自身の温度やセルを取り巻く測定対象ガス中の特定ガス濃度（例えば、排気ガスの空燃比雰囲気）といった測定対象ガスによる外乱が変動すると、セル（固体電解質体）のインピーダンスの値が変化してセルのインピーダンスを正確に測定することが難しくなる。つまり、セルのインピーダンスは、セルの劣化により変動するだけでなく、測定対象ガスの外乱によっても変動する。一方、単一パルス電圧をセルに印加した際、セルの第１出力及び第２出力自体は測定対象ガスの外乱によって変動するものの、第１出力と第２出力の差分値を用いれば、測定対象ガスの外乱の影響をキャンセルしてセルの劣化度合を精度よく検出することができる。
特に、固体電解質体を筒型に形成すると共に、固体電解質体の外面に測定電極を設け、固体電解質体の内面に基準電極を設けたガスセンサの場合、測定電極が測定対象ガスに接触し、測定対象ガスによる外乱を受け易くなるため、本発明が有効になる。
【０００９】
前記ガスセンサの制御装置であって、前記第２時間は、前記第１時間の２倍よりも長い時間に設定されていることが好ましい。
単一パルス電圧をセルに印加してから時間が経過するほどセルの劣化が反映されるので、差分値も大きくなり、セルの劣化度合をより精度良く検出することができる。
【００１０】
前記ガスセンサの制御装置であって、前記電圧印加手段は、前回に前記単一パルス電圧を印加してから前記一定通電時間の１０倍以上に設定された待ち時間が経過してから、新たに単一パルス電圧を印加することが好ましい。
単一パルス電圧を印加することにより、セルに電荷が蓄えられて固体電解質体が配向するが、単一パルス電圧をＯＦＦしてから上記した待ち時間経過後に次回のパルスＯＮを行うことで、セルに蓄えられた電荷を消失させてセルを正常な状態に復帰させることが確実に行える。
【００１１】
前記ガスセンサの制御装置であって、前記ガスセンサは、内燃機関の排気ガスが流れる流路中に装着されるものであり、前記センサ出力に基づいて測定対象ガスの空燃比を判定する判定手段を備え、前記劣化度合検出手段は、前記判定手段にて判定される空燃比が特定空燃比にあるときに、前記劣化度合を検出することが好ましい。
所定の空燃比雰囲気にて差分値にピークが生じ、ピークを外れた空燃比雰囲気では差分値が大きく変動して不安定となることがある。そこで、空燃比が特定空燃比にあるときに、劣化度合を検出するようにすれば、差分値が不安定な空燃比領域でセルの劣化度合を検出することが無くなる。
【００１２】
前記ガスセンサの制御装置であって、前記判定手段は、前記センサ出力値に基づいて測定対象ガスの空燃比がリッチかリーンかを判定するものであり、前記劣化度合検出手段は、前記判定手段にて判定される空燃比が前記特定空燃比に設定されたリッチにあるときに前記劣化度合を検出することが好ましい。
特に、測定対象ガスの空燃比がリーンであるときに、上記差分値にピークが生じるので、差分値が不安定なリーン領域でセルの劣化度合を検出することが無くなり、劣化度合の検出精度を高められる。
【００１３】
前記ガスセンサの制御装置であって、前記ガスセンサは、前記セルを加熱するヒータを備え、前記セルのインピーダンスが目標値となるように前記ヒータへの通電量を制御するヒータ制御手段と、前記劣化度合検出手段にて検出される劣化度合に基づき、前記目標値を変更する変更手段を有することが好ましい。
このようなガスセンサの制御装置によれば、セルの劣化度合に基づいてインピーダンスの目標値を変更し、ヒータの加熱によってセルの劣化を早めることなくセルを精度良く加熱でき、ガスセンサの長寿命化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、測定対象ガスによる外乱の影響をキャンセルしてセルの劣化度合を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ガスセンサの制御装置の構成を示す概略図である。
【図２】単一パルス電圧の波形、並びにセルの第１及び第２出力値（Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２）の検出方法を示す図である。
【図３】第１時間と第２時間でそれぞれ取得された第１及び第２出力値（Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２）の実測値を示す図である。
【図４】図３の実測値の測定に用いた実験装置を示す図である。
【図５】セルの劣化度合を検出するフローチャートを示す図である。
【図６】劣化検出タイミング係数ｘ＝１、１０の場合の、単一パルス電圧の波形並びにセルの第１及び第２出力値の取得タイミングを示す図である。
【図７】測定対象ガスの酸素雰囲気と、ΔＶｒｉとの関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るガスセンサの制御装置（電子制御ユニット；ＥＣＵ）１００の構成を示す概略図である。ＥＣＵ１００はガスセンサ１０に接続され、ガスセンサ１０はエンジンの排気管に取り付けられている。なお、本実施の形態では、排気ガスが流れる流路として排気管を挙げているが、その他にも、排気ガスの一部を吸気管に戻し、新気と排気ガスとを混ぜて燃焼室にガスを供給する流路にガスセンサ１０を取り付けた場合にも、本発明を適用することができる。ガスセンサ１０は、測定対象ガス（排気ガス）中の酸素濃度を検出するセル（検出素子）２と、セル２を作動温度に保つためのヒータ４とを備え、いわゆるλセンサとして空燃比に応じた出力信号を出力する。
セル２は、有底筒状をなした部分安定化ジルコニア（ＺｒＯ2 ）等の酸素イオン伝導性の固体電解質体、および、該固体電解質体に設けられた一対の電極（基準電極及び検知電極）を備えており（ともに図示せず）、各電極は例えば主として白金で形成することができる。そして、固体電解質体の内面に形成されると共に基準ガス（具体的には大気）に晒された基準電極と、固体電解質体の外面に形成されると共に測定対象ガスに晒された測定電極との間で酸素濃度差に応じて起電力が生じ、この起電力を検知することで酸素濃度、ひいては空燃比を検出することができる。
一方、ヒータ４は、例えばアルミナ層の内部に白金を主体とする材料にて形成されたヒータ配線（図示せず）を備えて構成され、セル２の内側（具体的には、有底筒状をなす固体電解質体の内部空間）に配置されている。ヒータ４は、ヒータ制御回路６０から供給される電力により、セル２の温度が目標の活性化温度（この実施形態では、８３０℃）となるように制御される。また、ヒータ配線の一端は、ヒータ制御回路６０に電気的に接続され、ヒータ配線の他端はバッテリ５０（本実施形態では、１２Ｖバッテリ）に接続されている。そして、ヒータ４による加熱によってセル２が活性化し、酸素濃度検出（空燃比検出）が早期に可能となる。
【００１７】
ＥＣＵ１００は、ガスセンサ１０（セル２）からのセンサ出力を検出する出力検出回路２０、パルス打ち込み回路（特許請求の範囲の「電圧印加手段」に相当）３０、ヒータ４を制御するヒータ制御回路６０、ＥＣＵ１００全体を制御するマイクロコンピュータ（マイコン）７０を備えている。マイコン（特許請求の範囲の「第１出力値取得手段」、「第２出力値取得手段」、「電圧印加手段」、「劣化度合検出手段」、「判定手段」、「変更手段」に相当）７０は、ヒータ制御回路６０に接続され、セル２の温度が作動温度（以降、活性化温度ともいう）となるようにヒータ制御回路６０を制御する。又、マイコン７０は出力取得回路２０、パルス打ち込み回路３０にもそれぞれ接続されている。
【００１８】
出力検出回路２０は、セル２からのセンサ出力（本実施の形態では、起電力）を検出する一方、セル２の劣化度合を検出するために用いるインピーダンス信号Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２を検出する回路であり、抵抗器等を用いた公知の回路構成からなる。なお、出力検出回路２０及びマイコン７０を介して取得されるインピーダンス信号Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２は、それぞれ特許請求の範囲の「第１出力値」、「第２出力値」に相当する。
出力検出回路２０は、検出したセンサ信号およびインピーダンス信号Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２をマイコン７０（のＡ／Ｄポート７５）に出力する。
【００１９】
ここで、ガスセンサ１０の使用の繰り返しによりセル２は経時劣化し、それに応じてセル２のインピーダンスも変化する。そこで、本実施の形態では、インピーダンス信号Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２の偏差ΔＶｒｉ＝｜Ｖｒｉ２−Ｖｒｉ１｜（特許請求の範囲の「第２出力値と第１出力値との差分値」に相当）を算出することで、セル２の劣化によるインピーダンス変化（インピーダンスの状態）を見積もる。
【００２０】
マイコン７０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵ７１ａと、データやプログラムなどを格納する記憶部（ＲＡＭ７１ｃおよびＲＯＭ７１ｂ）と、外部機器との間で信号の入出力を行う各種入出力ポート７３、７５、７７と、を備える公知のマイクロコンピュータで構成することができる。マイコン７０は、記憶部に格納されたプログラムに基づいてＣＰＵ７１ａが各種演算処理を実行し、演算やデータ転送などの命令の実行を制御する。また、マイコン７０は、入力ポート（Ａ/Ｄポート７５）に入力された信号を、入力ポート用レジスタの内容に反映し、出力ポート用レジスタに格納された内容を、出力ポート（Ｉ/Ｏポート７３、ＰＷＭポート７７）に信号として出力する。
【００２１】
そして、マイコン７０は、出力取得回路２０を介して得られたセンサ出力（起電力）に基づき、酸素濃度、ひいては空燃比を演算する。マイコン７０は、空燃比がリッチであるかリーンであるかを判定し、エンジンの燃焼制御などを実行することで、内燃機関の運転状態を制御する。
又、マイコン７０は、出力検出回路２０を介して得られるインピーダンス信号Ｖｒｉ１を図示しないＡ／Ｄ変換回路にてデジタル値に変換した後に、保持しているマップまたは計算式に基づき、Ｖｒｉ１に対応するセル２のインピーダンスＲｉを算出し、このインピーダンスＲｉに応じて、ヒータ４の通電指令をヒータ制御回路６０に出力してヒータ通電制御処理を実行する。
さらに、マイコン７０は、出力検出回路２０を介して得られるインピーダンス信号Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２に基づいて偏差ΔＶｒｉを算出し、後述するようにセル２の劣化度合の検出を行う。
【００２２】
ヒータ制御回路６０はトランジスタを備え、トランジスタのコレクタはヒータ４の一端に接続され、エミッタが所定の抵抗を介して接地され、ベースがマイコン７０に接続されている。このため、トランジスタをオン状態にする電圧レベルの信号をマイコン７０がトランジスタのベースへ出力している間は、バッテリ５０から電圧が供給されヒータ４が発熱する。一方、マイコン７０がヒータオン信号の出力を停止すると、トランジスタがオフ状態となりヒータ４の加熱が停止される。なお、マイコン７０は、通電率で決まる上記ヒータオン信号をＰＷＭポート７７からヒータ制御回路６０に出力し、ヒータ制御回路６０がヒータオン信号に従ってオン・オフすることで、ヒータ４への通電量がＰＷＭ制御されている。なお、このヒータ制御回路６０は、マイコン７０と共に、特許請求の範囲の「ヒータ制御手段」を構成する。また、ヒータ制御回路６０は、トランジスタで構成されるものに限定されず、ＦＥＴ等を用いて構成してもよい。
【００２３】
次に、図２を参照し、インピーダンス信号Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２を検出するための検出信号（特許請求の範囲の「単一パルス電圧」に相当）の波形及び各インピーダンス信号の検出方法について説明する。なお、図２の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。
まず、単一パルス電圧は、一定通電時間（パルスＯＮ時間）Ｔにわたって印加される矩形波であり、マイコン７０で算出したデジタルデータをＩ/Ｏポート７３からパルス打ち込み回路３０に出力（パルス出力）される。これにより、矩形状の単一パルス電圧が、パルス打ち込み回路３０によって、出力検出回路２０を介してセル２に印加される。なお、この実施形態では、パルスＯＮ時間とパルスＯＦＦ時間の合計が５００ｍｓに設定されている。
【００２４】
マイコン７０は、単一パルス電圧の印加開始から時間Ｔよりも短い第１時間ｔ１経過時に、出力検出回路２０を介してセル２の電極間の電圧Ｖｒｉ１を取得する。次いで、マイコン７０は、単一パルス電圧の印加開始から時間Ｔよりも短く且つ第１時間ｔ１よりも長い第２時間ｔ２経過時に、同様にセル２の電極間の電圧Ｖｒｉ２を取得する。
ここで、単一パルス電圧を印加したときのセル２の電極間の電圧の変化は、インピーダンスの変化を反映した値となるため、セル２のインピーダンスを表すインピーダンス信号として、Ｖｒｉ１及びＶｒｉ２を利用することで、セル２のインピーダンスの状態、ひいてはセル２の劣化度合が検出可能となる。
【００２５】
図３は、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２でそれぞれ取得されたインピーダンス信号Ｖｒｉ１及びＶｒｉ２の実測値を示す。図３において、劣化品（６万キロ走行相当のガスセンサ１０）では、Ｖｒｉ１よりＶｒｉ２が増大している一方、新品のセル２ではＶｒｉ２がＶｒｉ１からあまり変化しない。従って、偏差ΔＶｒｉを算出することで、セル２の経時劣化によるインピーダンス変化（セル２の劣化度合）の検出を行うことができる。
なお、図３のインピーダンス信号Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２の測定は、図４に示す単管バーナの一端で空気と燃料とをλ＝0.95となる空燃比で燃焼させ、ここから燃焼ガス温度が350℃になる単管バーナの内部位置にガスセンサ２を取り付けて行った。
【００２６】
ここで、単一パルス電圧をセル２に印加したときに、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２で２点のインピーダンス信号Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２を測定する理由について説明する。
本発明者が検討したところ、セル２周囲の測定対象ガス自身の温度やセル２を取り巻く測定対象ガス中の特定ガス濃度（排気ガスの空燃比雰囲気）といった測定対象ガスによる外乱が変動すると、セル２のインピーダンスの値が変化してセル２のインピーダンスを正確に測定することが難しくなることが判明した。つまり、セル２のインピーダンスは、セル２の劣化により変動するだけでなく、測定対象ガスの外乱によっても変動する。
一方、単一パルス電圧をセル２に印加した際、セル２から得られるインピーダンス信号Ｖｒｉ１、Ｖｒｉ２自体は測定対象ガスの外乱によって変動するものの、Ｖｒｉ１とＶｒｉ２との偏差ΔＶｒｉを採れば、測定対象ガスの外乱の影響をキャンセルしてセル２の劣化度合を精度よく検出することができる。
【００２７】
なお、単一パルス電圧をセル２に印加してから時間が経過するほど、セル２が劣化していた場合、その劣化が反映される傾向にある（上記図３参照）。従って、第１時間ｔ１と第２時間ｔ２との時間間隔を長くするほど、ΔＶｒｉの値が大きくなり、セルの劣化をより良く反映することとなる。このようなことから、第２時間ｔ２を第１時間ｔ１の２倍よりも長い時間とすると好ましい。なお、第２時間ｔ２の上限値は特に限定されないが、第１時間ｔ１の２００倍以下とすればよい。
【００２８】
次に、図５を参照し、セル２の劣化度合を検出するアルゴリズム（フローチャート）について説明する。なお、本実施形態においては、マイコン７０でメインルーチンであるヒータ制御（Ｒｉ一定制御）処理を行い、セル２の劣化度合の検出処理はサブルーチンとして呼び出されて実行される。Ｒｉ一定制御の処理周期は可変であり、数１００ｍｓ〜数ｓの周期で実行される。又、Ｒｉ一定制御処理は、公知のＰＩ演算により行われ、目標とするＲｉ（図５の「目標Ｒｉ」）と、後述するステップＳ８から算出されたＲｉ（実測値）の差ΔＲｉから、ガスセンサ１０の温度を一定に保つためのヒータ印加電圧（実効電圧）が計算される。そして、ヒータ４は、この計算されたヒータ印加電圧に基づき、ヒータ制御回路６を通じて通電制御（ＰＷＭ制御）される。
【００２９】
又、Ｒｉ一定制御処理の開始と同期して、マイコン７０では、ガスセンサ１０の温度検出処理を別途に実行する。この温度検出処理は公知であるが、簡単に説明すると、マイコン７０は、所定の検出タイミングで出力検出回路２０からインピーダンス信号Ｖｒｉ１を取得する。そして、マイコン７０は、所定の計算式、又はインピーダンス信号Ｖｒｉ１とセル２のインピーダンスＲｉとの相関関係を示したデータ（例えば、２次元マップ）を用い、セル２のインピーダンスＲｉを算出する。次いで、マイコン７０は、算出したインピーダンスＲｉに基づき、上述したＲｉ一定制御処理を行う。
【００３０】
図５において、マイコン７０は、メインルーチンであるＲｉ一定制御処理が開始されてから所定時間（５００ｍｓ）が経過したか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２で「Ｙｅｓ」であれば、マイコン７０は上記したパルス出力をパルス打ち込み回路３０に出力する（ステップＳ４）。これにより、単一パルス電圧がセル２に印加される（パルスＯＮ）。一方、ステップＳ２で「Ｎｏ」であれば、ステップＳ１６に移行し、マイコン７０は、目標Ｒｉを使用し、これをステップＳ３４で補正したインピーダンスＲｉと比較することによりヒータ制御（Ｒｉ一定制御）処理を行う。ステップＳ１６の後、セル２の劣化度合の検出処理を終了してメインルーチンに戻る。
ステップＳ４に続き、マイコン７０は、パルスＯＮから第１時間ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップＳ６）。ステップＳ６で「Ｙｅｓ」であれば、マイコン７０は、出力検出回路２０を介してインピーダンス信号Ｖｒｉ１を取得する（読取る）（ステップＳ８）。一方、ステップＳ６で「Ｎｏ」であれば、第１時間ｔ１が経過するまでステップＳ６の処理を繰り返す。
【００３１】
ステップＳ８に続き、マイコン７０は、整数値ｓと劣化検出タイミング係数ｘとを比較し、劣化検出処理を行うか否かを判断する（ステップＳ１０）。ここで、劣化検出タイミング係数ｘは１以上の定数であり、整数値ｓは初期値が１以上の変数であってそれぞれマイコン７０に記憶されている。ステップＳ１０で「Ｙｅｓ」（ｓ≧ｘ）であれば、ステップＳ２０に移行する。
なお、ステップＳ１４のインクリメント処理により整数値ｓは必ず１以上となるから、劣化検出タイミング係数ｘ＝１に設定した場合、ステップＳ１０で必ず「Ｙｅｓ」となる。例えば、図２の単一パルス電圧の波形は、ｘ＝１に相当する場合を示している。つまり、ｘ＝１の場合、図６（ａ）に示すように単一パルス電圧のパルス幅は常に一定通電時間Ｔとなり、各パルスがＯＮの間にインピーダンス信号Ｖｒｉ１及びＶｒｉ２が共に取得されてΔＶｒｉが算出され、各パルス毎にセル２のインピーダンスＲｉ及び劣化度合が検出される。
【００３２】
具体的には、図５のステップＳ１０で「Ｙｅｓ」であれば、マイコン７０は、パルスＯＮから第２時間ｔ２が経過したか否かを判定する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０で「Ｙｅｓ」であれば、マイコン７０は、出力検出回路２０を介してインピーダンス信号Ｖｒｉ２を取得する（読取る）（ステップＳ２２）。一方、ステップＳ２０で「Ｎｏ」であれば、第２時間ｔ２が経過するまでステップＳ２０の処理を繰り返す。
ステップＳ２２に続き、マイコン７０は、パルス出力のパルス打ち込み回路３０への出力を停止し、単一パルス電圧のセル２への印加を停止する（パルスＯＦＦ）（ステップＳ２４）。これにより、単一パルス電圧のパルス幅が一定通電時間Ｔとなる。ステップＳ２４に続き、マイコン７０は、出力検出回路２０を介して取得されるセンサ出力に基づき、排気ガスの空燃比（λ）を演算し、λ＝リッチか否かを判定する（ステップＳ２６）。
【００３３】
ステップＳ２６で「Ｙｅｓ」であれば、マイコン７０は、ΔＶｒｉ＝｜Ｖｒｉ２−Ｖｒｉ１｜を算出する（ステップＳ２８）。そして、マイコン７０は、ΔＶｒｉの平均化（ステップＳ３０）を行った後、ΔＶｒｉに基づいてセル２の劣化定数（特許請求の範囲の「劣化度合」に相当）を算出する（ステップＳ３２）。次に、マイコン７０は、劣化定数に基づき、目標Ｒｉを補正する（ステップＳ３４）。これにより、セル２の劣化度合を考慮した目標Ｒｉが設定される。
なお、ΔＶｒｉの平均化は、例えば所定の時間内で得られた複数のΔＶｒｉ（例えば、図６（ａ）のｓ＝１〜１０でそれぞれ得られた１０個（図６では４個のみ表示）のΔＶｒｉ）を平均（移動平均）して得られる。平均化の方法は上記の移動平均に限定されず、例えば加重平均等を用いてもよい。
又、セル２の劣化定数の算出は、例えば所定の計算式、又はΔＶｒｉと劣化定数との相関関係を示したデータ（例えば、２次元マップ）を用いて行うことができる。
【００３４】
ステップＳ３４に続き、マイコン７０は、整数値ｓ＝０にリセットした後（ステップＳ３６）、ステップＳ１４に移行して整数値ｓに１をインクリメントする（ステップＳ１４）。続いてマイコン７０は、目標Ｒｉを使用し、これをステップＳ３４で補正したインピーダンスＲｉと比較することによりヒータ制御（Ｒｉ一定制御）処理を行った後（ステップＳ１６）、セル２の劣化度合の検出処理を終了してメインルーチンに戻る。
【００３５】
一方、ステップＳ２６で「Ｎｏ」であればステップＳ３６に移行し、目標Ｒｉを補正しない（ステップＳ２８〜Ｓ３４を行わない）。これにより、後述するようにΔＶｒｉの値が不安定となるλ＝リーンのときにセル２の劣化度合を検出しないので、目標Ｒｉが不用意に補正されることが防止される。
【００３６】
一方、劣化検出タイミング係数ｘ≧２の場合、ステップＳ１０で「Ｎｏ」となることがあり、この場合、図６（ｂ）に示すように、単一パルス電圧のパルス幅が時間Ｔより短い通電時間Ｔｓとなる。パルス幅（時間Ｔｓ）は第２時間ｔ２より短いため、パルス幅が時間Ｔｓの場合にはインピーダンス信号Ｖｒｉ２が取得されず、ΔＶｒｉの算出及び劣化度合の検出が行われない。以下、図６（ｂ）に示すｘ＝１０の場合を例として、図５のフローチャートを説明する。
まず、最初の劣化度合の算出処理（サブルーチン）で図５のステップＳ２〜Ｓ８が経過し、ステップＳ１０では、初期値であるｓ＝１であるので、ステップＳ１０で「Ｎｏ」となる。この場合、マイコン７０は、ステップＳ１２でパルスＯＦＦとした後、ステップＳ１４に移行して整数値ｓに１をインクリメントする。これにより、単一パルス電圧のパルス幅がＴｓ（＜Ｔ）となる。
次に、マイコン７０は、目標Ｒｉを使用してヒータ制御（Ｒｉ一定制御）処理を行い（ステップＳ１６）、セル２の劣化度合の検出処理を終了する。これは、図６（ｂ）の左端のパルスに相当し、パルス幅が時間Ｔｓであるため、インピーダンス信号Ｖｒｉ１のみ取得されてＲｉが算出される一方、ΔＶｒｉの算出及び劣化度合の検出は行われない。
【００３７】
２回目のサブルーチンでステップＳ２〜Ｓ８が経過し、ステップＳ１０ではｓ＝２となるので、ステップＳ１０で「Ｎｏ」となり、ステップＳ１６で処理を終了する。このようにして、９回目のサブルーチンのステップＳ１０までは、ｓ＜１０であるのでステップＳ１０で同様に「Ｎｏ」となる。つまり、図６（ｂ）の左端（ｓ＝１）からｓ＝９までの９個のパルス（図６では４個のみ表示）のパルス幅はいずれもＴｓ（＜Ｔ）となり、インピーダンス信号Ｖｒｉ１のみ取得されてＲｉが算出される一方、ΔＶｒｉの算出及び劣化度合の検出は行われない。
但し、各サブルーチンのステップＳ１４でｓに１がインクリメントされるので、９回目のサブルーチンが終了後にｓ＝１０となる。
【００３８】
そして、１０回目のサブルーチンのステップＳ１０では、ｓ＝１０となるので、ステップＳ１０で「Ｙｅｓ」となり、ステップＳ２０〜Ｓ３６へ移行する。この場合、上述のように単一パルス電圧のパルス幅が時間Ｔとなり、インピーダンス信号Ｖｒｉ１及びＶｒｉ２が共に取得されてΔＶｒｉが算出され、セル２の劣化度合が検出される（図６（ｂ）の右端のｓ＝１０のパルス参照）。
このように、劣化検出タイミング係数ｘは、ΔＶｒｉをどのタイミングで検出するかを規定し、ｘ＝１であればインピーダンスＲｉの検出毎にΔＶｒｉを逐一検出し、ｘ＝ｎであればｎ回のインピーダンスＲｉの検出毎にΔＶｒｉを１回検出することになる。
従って、劣化検出タイミング係数ｘを設定することで、インピーダンスＲｉの検出毎にΔＶｒｉを検出し、劣化度合の検出回数を増やして検出精度を向上させることもできるし、ΔＶｒｉ（劣化度合）の検出回数を減らしてマイコン７０の処理負担を軽減することもでき、ガスセンサ１０の使用環境やＥＣＵ１００の性能等に応じて適切なΔＶｒｉ（劣化度合）の検出タイミングを設定することができる。
【００３９】
なお、単一パルス電圧を印加することにより、セル２に電荷が蓄えられて固体電解質体が配向する。このため、単一パルス電圧をＯＦＦしてから一定期間放置した後に次回のパルスＯＮを行い、セル２に蓄えられた電荷を消失させてセル２を正常な状態に復帰させると好ましい。
特に、前回に単一パルス電圧を印加してから一定通電時間Ｔの１０倍以上に設定された待ち時間が経過してから、次回の単一パルス電圧を印加するとよい。例えば、図２、図３の例では、一定通電時間Ｔが５ｍｓであり、単一パルス電圧の間隔が５００ｍｓであるから、待ち時間（５００−５（ｍｓ））は一定通電時間Ｔの９９倍に設定されている。
【００４０】
又、図７に示すように、劣化品（６万キロ走行相当のガスセンサ１０）では、λ＝リーンである所定の酸素雰囲気にてΔＶｒｉの値にピークＰが生じ、Ｐを外れた空燃比領域ではΔＶｒｉの値が大きく変動して不安定となる。つまり、ΔＶｒｉの値が不安定となるλ＝リーンのときにセル２の劣化度合を検出すると、当該劣化度合の検出精度が低下するおそれがある。
そこで、ガスセンサ１０を取り巻く測定対象ガス（排気ガス）の空燃比が特定空燃比（図５の例ではステップＳ２６のリッチ）にあるときに、選択的にセル２の劣化度合を検出するようにすれば、ΔＶｒｉの値が不安定な空燃比領域（リーン）でセル２の劣化度合を検出することが無くなる。
【００４１】
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。例えば、セル２としてλセンサ（リッチ／リーンを二値的に検出可能な酸素センサ）を取り上げたが、酸素イオン伝導性の固体電解質体を用いたセンサであればこれに限られず、例えば、全領域空燃比センサやＮＯｘセンサに本発明を適用することも可能である。
また、上記実施形態では、劣化度合を検出して目標Ｒｉを補正（補償）したが、これに限られず、例えば、セルの劣化度合に応じてガスセンサの出力値を直接補正してもよい。又、劣化度合（ΔＶｒｉ）が所定の閾値を超えた場合にガスセンサが故障したと判定してもよい。
【００４２】
さらに、上記実施形態では、本発明のガスセンサの制御装置をＥＣＵ１００に組み込んだ構成としたが、ＥＣＵ１００とは別体にしてガスセンサの制御装置を設けても良い。つまり、ガスセンサ１０とＥＣＵ１００との間に、出力検出回路２０、ヒータ制御回路６０、および、上述のヒータ制御処理と劣化度合検出処理を実行可能なマイクロコンピュータを回路基板に搭載した別体のガスセンサの制御装置を設置しても良い。
【符号の説明】
【００４３】
２            セル
４            ヒータ
１０          ガスセンサ
２０          出力検出回路
３０          パルス打ち込み回路（電圧印加手段）
６０          ヒータ制御回路（ヒータ制御手段）
７０          マイコン（第１出力値取得手段、第２出力値取得手段、電圧印加手段、劣化度合検出手段、判定手段、変更手段）
１００        ガスセンサの制御装置
Ｔ            一定通電時間
ｔ１          第１時間
ｔ２          第２時間
Ｖｒｉ１      第１出力値
Ｖｒｉ２      第２出力値
ΔＶｒｉ      差分値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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